Dezoxiribonukleinsav (DNS) és ribonukleinsav (RNS) a természetben található két nukleinsav. A nukleinsavak viszont a négy "életmolekula" vagy biomolekula egyikét képviselik. A többiek fehérjék, szénhidrátok és lipidek. A nukleinsavak az egyetlen olyan biomolekulák, amelyek nem metabolizálódhatnak a termeléshez adenozin-trifoszfát (ATP, a cellák "energia pénzneme").
A DNS és az RNS egyaránt kémiai információkat hordoz majdnem azonos és logikailag egyértelmű genetikai kód formájában. A DNS a kezdeményező és az üzenet továbbításának módja a sejtek és az egész szervezetek következő generációi számára. Az RNS az szállítószalag az üzenet-átadótól a futószalagon dolgozóknak.
Míg a DNS közvetlenül felelős messenger RNS (mRNS) transzkripciónak nevezett folyamatban a DNS az RNS megfelelő működésére is támaszkodik annak érdekében, hogy utasításait továbbítsa a sejteken belüli riboszómákhoz. A DNS és az RNS nukleinsavakról tehát azt mondhatjuk, hogy kölcsönös függőséget alakítottak ki, amelyek mindegyike ugyanolyan létfontosságú az élet küldetéséhez.
Nukleinsavak: áttekintés
Nukleinsavak ún. egyes elemekből álló hosszú polimerek nukleotidok. Minden nukleotid három különálló elemből áll: egy-három foszfátcsoportok, a ribózcukor és a négy lehetséges közül az egyik nitrogénes bázisok.
A prokariótákban, amelyekben nincs sejtmag, mind a DNS, mind az RNS szabadon megtalálható a citoplazmában. Az eukariótákban, amelyek sejtmaggal rendelkeznek, és számos specializációval is rendelkeznek sejtszervecskék, A DNS főleg a magban található. De megtalálható a mitokondriumokban és a növényekben a kloroplasztikákban is.
Eukarióta RNS időközben a magban található és a citoplazmában.
Mik azok a nukleotidok?
A nukleotid a nukleinsav monomer egysége, amellett, hogy más sejtfunkcióval rendelkezik. A nukleotid a öt szénatomos (pentóz) cukor ötatomos belső gyűrűs formátumban, egy-három foszfátcsoportok és a nitrogénes bázis.
A DNS-ben négy lehetséges bázis létezik: az adenin (A) és a guanin (G), amelyek purinok, és a citozin (C) és a timin (T), amelyek pirimidinek. Az RNS tartalmaz A-t, G-t és C-t is, de helyettesítőket uracil (U) timinnel szemben.
A nukleinsavakban a nukleotidok mindegyikéhez egy foszfátcsoport kapcsolódik, amely megoszlik a nukleinsavlánc következő nukleotidjával. A szabad nukleotidok azonban többet is tartalmazhatnak.
Híres módon az adenozin-difoszfát (ADP) és az adenozin-trifoszfát (ATP) másodpercenként számtalan anyagcsere-reakcióban vesz részt a saját testében.
A DNS szerkezete vs. RNS
Amint megjegyeztük, míg a DNS és az RNS egyaránt tartalmaz két purin-nitrogén-bázist és két pirimidin-nitrogén-bázist, és ugyanazokat a purin-bázisokat (A és G) tartalmazza és ugyanazon pirimidinbázisok (C) egyike, abban különböznek egymástól, hogy a DNS második pirimidinbázisa T, míg az RNS-nek U értéke van, minden T hely megjelenik a DNS-ben.
A purinok nagyobbak, mint a pirimidinek, mivel tartalmazzák kettő csatlakozott nitrogéntartalmú gyűrűkhöz a egy pirimidinekben. Ez kihat arra a fizikai formára, amelyben a DNS létezik a természetben: ez az kettős szálú, és konkrétan a kettős spirál. A szálakat a szomszédos nukleotidokon lévő pirimidin- és purinbázisok kötik össze; két purin vagy két pirimidin összekapcsolása esetén a távolság túl nagy vagy két kicsi lenne.
Az RNS viszont egyszálú.
A DNS-ben lévő ribózcukor az dezoxiribóz mivel az RNS-ben az ribóz. A dezoxiribóz azonos a ribózzal, azzal az eltéréssel, hogy a 2-szénatomon lévő hidroxil (-OH) csoportot hidrogénatom helyettesíti.
Alap-pár kötés nukleinsavakban
Amint megjegyeztük, a nukleinsavakban a purinbázisoknak meg kell kötődniük a pirimidinbázisokhoz, hogy stabil kettős szálú (és végül kettős spirális) molekulát képezzenek. De valójában ennél konkrétabb. Az A purin a T (vagy U) pirimidinhez kötődik, és csak a G pirinidinhez, a G purin pedig csak a C pirimidinhez kötődik.
Ez azt jelenti, hogy amikor ismeri egy DNS-szál bázisszekvenciáját, meg tudja határozni annak pontos bázissorrendjét kiegészítő (partner) szál. Gondoljon a kiegészítő szálakra, mint inverzekre vagy fotográfiai negatívokra.
Például, ha van egy DNS-szálad az ATTGCCATATG bázissorrenddel, akkor arra következtethetsz, hogy a megfelelő komplementer DNS-szálnak rendelkeznie kell a TAACGGTATAC bázisszekvenciával.
Az RNS-szálak egyetlen szálak, de a DNS-sel ellentétben különböző formájúak. Továbbá mRNS, az RNS másik két fő típusa a riboszomális RNS (rRNS) és az RNS-t (tRNS).
A DNS szerepe vs. RNS a fehérjeszintézisben
A DNS és az RNS egyaránt tartalmaz genetikai információk. Valójában az mRNS ugyanazt az információt tartalmazza, mint a DNS, amelyből a transzkripció során készült, de más kémiai formában.
Amikor a DNS-t templátként használják az mRNS előállítására az a Eukarióta sejt, szintetizál egy szálat, amely a komplementer DNS-szál RNS-analógja. Más szavakkal, inkább ribózt tartalmaz, mint dezoxiribózt, és ahol a T jelen lenne a DNS-ben, ott U van jelen.
Alatt átírás, viszonylag korlátozott hosszúságú termék jön létre. Ez az mRNS-szál általában egyetlen egyedi fehérjetermék genetikai információit tartalmazza.
Az mRNS három egymást követő bázisának minden csíkja 64 különböző módon változhat, az egyes foltok négy különböző bázisának eredményét a harmadik teljesítményre emelik, hogy mindhárom foltot figyelembe vegyék. Amint előfordul, a 20 aminosav mindegyike, amelyből a sejtek fehérjéket építenek fel, éppen egy ilyen mRNS-bázis hármasát kódolja, triplett kodon.
Fordítás a Ribosome-nál
Miután az mRNS-t a transzkripció során a DNS szintetizálja, az új molekula a magból a citoplazmába mozog, átjutva a magmembránon egy magpóruson keresztül. Ezután összefog egy riboszómával, amely éppen két alegységéből, egy nagyból és egy kicsiből áll össze.
A riboszómák a fordítás, vagy az információ felhasználása az mRNS-ben a megfelelő fehérje előállításához.
A transzláció során, amikor az mRNS-szál "dokkol" a riboszómán, a három kitett nukleotidbázisnak megfelelő aminosavat - vagyis a triplett kodont - a tRNS a régióba tolja. A 20 aminosav mindegyikének létezik egy tRNS-altípusa, amely rendezettebbé teszi ezt az ingázási folyamatot.
Miután a megfelelő aminosav kapcsolódik a riboszómához, gyorsan átkerül egy közeli riboszomális helyre, ahol a polipeptid, vagy az egyes új adalékok érkezését megelőző növekvő aminosavlánc éppen befejeződik.
Maguk a riboszómák nagyjából azonos fehérjék és rRNS keverékéből állnak. A két alegység különálló entitásként létezik, kivéve, ha aktívan szintetizálják a fehérjéket.
Egyéb különbségek a DNS és az RNS között
A DNS-molekulák lényegesen hosszabbak, mint az RNS-molekulák; valójában, egyetlen DNS-molekula alkotja az egész kromoszóma genetikai anyagát, több ezer gént számlál. Az a tény is, hogy egyáltalán kromoszómákra vannak szétválasztva, összehasonlító tömegükről tanúskodik.
Bár az RNS profilja szerényebb, funkcionális szempontból valójában a két molekula között változatosabb. Azon túl, hogy tRNS-ben, mRNS-ben és rRNS-ben jön létre, az RNS katalizátorként (a reakciók fokozójaként) is működhet bizonyos helyzetekben, például a fehérje transzlációja során.